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科技報導

閃爍千分之一秒:科學家首次確定快速的無線電脈衝是由磁星產生的



快速無線電脈衝是宇宙中無線電波的瞬時脈衝。 持續時間通常只有幾毫秒,但是它可以釋放出與一天甚至一年的太陽釋放的能量相等的能量。 他們經常“看到頭,卻看不到盡頭”,一旦出現,就不再被追踪。 作為近年來的新的天文學“淨名人”,國際科學界對強無線電中子星,高活性星系核,天體之間的碰撞等快速無線電爆發的起源提出了數十種“合理解釋”。 ,甚至許多科學家建議它們是來自外來文明的信號。

作者:馮立飛

但是,一直缺乏直接的觀察證據。

11月5日,在《自然》雜誌上發表的三篇論文中,中外科學家通過對多顆衛星和地面望遠鏡的觀測,相信銀河系中的一個磁星是今年觀測到的快速無線電爆發的起源。

這是人類第一次確定快速無線電脈衝的起源,也是第一次在銀河系中觀測到快速無線電脈衝。

磁星發出的快速無線電脈衝

磁星發出的快速無線電脈衝

電磁“引擎”確認

今年4月28日,無線電信號迅速穿過宇宙,並被加拿大氫強度測繪實驗(CHIME)望遠鏡和美國瞬態天文射電發射測量2(STARE2)望遠鏡捕獲。

根據發現的時間,它被命名為“ FRB200428”。

儘管它只閃爍了千分之一秒,但科學家已經通過在多個頻段上的測量確定了它的來源-處於銀河系活動階段的磁星SGR 1935 + 2154。

長期以來,科學家對快速無線電脈衝串的來源有不同的推測。

其中,電磁驅動理論得到了廣泛的支持。 磁星是高度磁化的年輕中子星(超新星爆炸後的緊湊恆星殘骸)。 表面磁場可以超過1014高斯。 據信它的衰變能夠推動一系列高能現象,例如無線電脈衝,X射線和伽馬射線。

CHIME團隊的Daniele Michille以這次發現的有源磁星為例,指出其磁場足夠強到可以“將原子壓縮成鉛筆形”。

那麼,這一發現是否表明所有快速無線電脈衝都起源於磁星? 內華達大學拉斯維加斯分校的教授張兵在接受《中國科學新聞》採訪時說,一種極端的觀點是,宇宙中所有的快速無線電爆發都是由磁星產生的。 另一方並沒有否認“大“自然創造力”有多個起源。

據報導,快速無線電爆發的起源有50多種相關模型,而主流理論大多指向大型而緊湊的天體。 除磁星外,還存在中子星碰撞,黑洞與中子星碰撞或黑洞碰撞引起的“災難性”快速無線電脈衝。 ,非主流模式具有外來文明信號等。

但是,這些尚未得到驗證。

“大量的快速無線電突發模型反映出缺乏實際的測量約束。主要原因是過去發現的突發全部在銀河系之外,很遠。” 中國科學院國家天文台研究員李丹告訴《中國科學新聞》。 他和張兵以及來自北京師範大學和北京大學等十幾個國內外單位的合作者當天在《自然》雜誌上發表了中國“天眼” 500米球面射電望遠鏡(FAST)監測結果。這個電磁體。 “河內無線電爆炸的發現以及包括“中國天眼”和“慧眼”衛星在內的多種設備的深入觀測提供了前所未有的信息。” 他說。

罕見的河內信號

與外國科學家同步,FAST團隊一直用“天眼”密切監視SGR 1935 + 2154磁星的動力學。

“從4月15日到28日,我們將監視它是否可以在4個週期內總共8個小時內產生快速的無線電脈衝或類似事件。” 該研究的第一作者,北京師範大學天文系講師林琳,在接受采訪時獲得了“中國科學入門”。

不幸的是,FAST的觀察窗口未填寫FRB 200428。

但是,它在高能磁爆炸期間(特別是29次軟伽馬射線爆發)記錄了敏感的監視數據,有助於了解引起快速無線電爆發的背景。

“有許多高能量的磁星爆發。所有高能量的爆發都會產生快速的無線電脈衝嗎?它們會產生什麼樣的物理機制?我們的觀察提供了它們發生的背景。”

該研究的共同通訊作者,北京大學科韋利天文與天體物理研究所副教授李克佳說。

FAST小組的研究表明,大多數磁星產生高能脈衝,例如伽馬射線脈衝,而不產生快速的無線電脈衝。

是什麼原因? 他們在文章中討論了幾種可能性:快速無線電爆發的噴射比高能發射更加准直,並且大多數都錯過了地球; 它們的低頻突發頻譜很窄,不在FAST頻段內; 它的超高亮度和溫度輻射機制的條件可能並不總是滿足。

這是中外團隊首次證明,磁星可以在近距離的銀河系中產生快速的無線電脈衝。

美國STARE2小組和美國加州理工學院的通訊作者克里斯托弗·博克內克(Christopher Bochenek)在接受《中國科學雜誌》採訪時解釋說:“如果快速無線電爆發是由一個電磁波產生的,那麼電磁波與星星,而銀河系沒有足夠可怕的星星。 形成,這種現象相對罕見。”

據了解,這次觀測到的FRB200428的總能量比先前在河外觀測到的快速無線電爆發的亮度低三個數量級。

專家說,河內無線電脈衝的發現大大擴展了人們的認知空間,更有利於理解這一信號背後的秘密。

國際合作中國同步

起步晚,進展快。

快速射電爆發的起源和相關研究已成為當前天文學界的新“網絡名人”。

2001年7月,持續5毫秒的明亮無線電廣播到達了澳大利亞的帕克斯望遠鏡。 2007年,西弗吉尼亞大學天文學家鄧肯·洛里默(Duncan Lorimer)確認這是當時唯一的此類爆發。

直到2013年發現多個信號後,天文學家才認為這是一次真正的天體物理學事件,並將其命名為快速無線電爆發。

據報導,迄今為止發現的快速無線電脈衝已達到1,000個數量級。

“大約每六個月,人們對無線電快速爆發的理解將經歷巨大的飛躍。” 張兵同時在《自然》雜誌上發表了一篇受邀的評論文章。 該領域的繁榮也反映在出版物和引文中。 它的穩定增長已經超過了伽馬射線暴領域的早期水平。

然而,關於快速無線電風暴的起源,仍然存在許多未解決的關鍵問題。

例如,所有的快速無線電突發都會重複嗎? 它們的電源是否來自電磁“引擎”外部? 磁星如何產生快速的無線電脈衝串? 回答這些問題並不容易。

從積極的方面來看,國際天文學界正在開展越來越密切的合作觀測。 FRB200428起源的發現就是一個例子。

“這表明,當一個國際科學家團隊聚集在一起以不同方式研究一種現象時,它將使我們對該現像有更深入的了解。”

Bochenek說,除了FAST,CHIME和STARE2外,中國的“智眼” X射線衛星,中國,西班牙和新西蘭的BOOTES望遠鏡陣列以及美國LGOGT望遠鏡在這一發現中也發揮了重要作用。

在中國,開放的天文學研究設備吸引了跨研究機構和學科的研究人員之間的深入合作。

“我們擁有世界一流的科學設備。例如,FAST口徑大,靈敏度高。它可以看到快速的無線電脈衝串,這些脈衝串在附近更暗,在宇宙更深處。這是其他人無法做的。” 林琳說。

同時,從觀察到數據處理再到理論解釋,FAST聯合觀察組專家之間的有效協作以及該團隊與“智慧之眼”團隊之間的順暢溝通也給她留下了深刻的印象。

作為一項為期五年的FAST優先重點計劃,“無線電風暴觀測項目”於今年才啟動。 它將進一步觀察無線電風暴事件,檢測其起源並追踪其輻射模式。

“這是一個非常重要的前沿方向。觀察宇宙深處的快速無線電爆發將為人們對宇宙的理解增加新的工具。FAST正在做出獨特而重要的貢獻。” FAST首席科學家李丹說。

在這方面,除了“天眼”和“智眼”外,目前正在建設的長波射電望遠鏡陣列“天來”和引力波探測器“天勤”“阿里”也將加入快速射電。未來爆發合作觀測陣列。 通過多頻段協調,了解這種神秘的“宇宙電波”的秘密。